Werkstoff

Werkstoffe sind Arbeitsmittel rein stofflicher Natur, die in Produktionsprozessen als Arbeitsgegenstände weiter verarbeitet werden und in die jeweiligen Endprodukte eingehen. In der Regel handelt es sich dabei um Festkörper. Die Qualität und die Eigenschaften der Endprodukte oder Halbzeuge werden durch die Wahl mehr oder weniger geeigneter Werkstoffe entscheidend beeinflusst.

Zur Sicherstellung der Güte (Qualität) werden Werkstoffe im Rahmen der Werkstoffprüfung geprüft.

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Gliederung

In der heutigen Werkstoffkunde unterscheidet man im Allgemeinen fünf Werkstoffgruppen:

• Metalle (z. B. Eisen, Aluminium)
• Nichtmetalle (z. B. Graphit)
• organische Werkstoffe (z. B. Holz, Kunststoff)
• anorganische nichtmetallische Werkstoffe (z. B. Keramik, Glas)
• Halbleiter (z. B. Silicium)

Darüberhinaus stellen die Verbundwerkstoffe eine Kombination aus Werkstoffen mehrerer Werkstoffgruppen dar.

Eine weitere Einteilungsmöglichkeit unterscheidet nach:

• Konstruktions- bzw. Strukturwerkstoffe
• Funktionswerkstoffe
• Werkzeugwerkstoffe

Geschichte

Der Einsatz von Werkstoffen zieht sich bereits durch die gesamte Vorgeschichte der Menschheit. Das Material für einen Faustkeil (Stein) ist ein Werkstoff und ein Charakteristikum der Steinzeit.

Im 8. Jahrtausend v. Chr. begann die technische Nutzung von Metallen. Zunächst wurde mit gediegenen (elementar vorkommenden) Metallen wie Gold, Silber und Kupfer gearbeitet. Der Gebrauchswert dieser Werkstoffe war jedoch noch zu gering, was zur Entdeckung und Herstellung der ersten Legierung, nämlich der Bronze, führte. Die Herstellung von Bronze setzt bereits einen fortschrittlichen Bergbau zur Bereitstellung von Kupfer- und Zinnerzen voraus. Außerdem waren Verhüttungstechniken nötig. Die immer bessere Beherrschung dieser Technologien führte schließlich dazu, dass auch Eisen verhüttet werden konnte. Nach dem Dreiperiodensystem werden die jeweiligen Perioden nach den fortschrittlichsten eingesetzten Werkstoffen bezeichnet (siehe auch Hauptartikel Archäometallurgie).

Parallel dazu wuchs mit der Entstehung von Siedlungen und Städten der Bedarf nach Werkstoffen für das Bauwesen (Stein, Holz), Hieb- und Stichwaffen, Münzen (Metalle) und Haushaltsgegenständen (z. B. Keramikgefäße, Glaskunst).

Eigenschaften

Physikalische Werkstoffeigenschaften

Mechanische Eigenschaften

• Härte
• Dichte
• Zugfestigkeit
• Druckfestigkeit
• Festigkeit
• Elastizität
• Plastizität

Optisch-akustische Eigenschaften

• Lichtbrechung
• Reflexion (Glanz)
• Transparenz
• Schallabsorption
• Schallreflexion

Tribologische Eigenschaften

• Reibzahl
• Neigung zum Kaltschweißen
• Verschleißwiderstand

Thermische Eigenschaften

• Wärmeausdehnung
• Wärmeleitung
• Warmfestigkeit
• Kaltzähigkeit

Elektrische Eigenschaften

• Elektrizitätskonstante
• Kriechstromfestigkeit

Chemische Werkstoffeigenschaften

• Korrosionsbeständigkeit
• Säurebeständigkeit
• Laugenbeständigkeit
• Laugenschicht
• Brennbarkeit

Technologische Werkstoffeigenschaften

• Wärmeleitfähigkeit
• Gießbarkeit
• Umformbarkeit
• Zerspanbarkeit

Ökologische Werkstoffeigenschaften

• Rohstoffverbrauch
• Energieverbrauch
• Giftigkeit
• Recyclingfähigkeit

sowie die mögliche Zusammensetzung des Werkstoffes aus verschiedenen chemischen Stoffen

Siehe auch

• Portal Werkstoffe
• Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe
• Nanowerkstoffe

Literatur

• Bundesministerium für Bildung und Forschung (Hrsg.): Werkstoffwelten. Entdeckungen im Kosmos der Stoffe (online)